21 september 2021

CERN-experiment geeft inzicht in waarom er meer materie dan antimaterie in het heelal is

In 1932 ontdekte Carl Anderson in de kosmische straling het deeltje genaamd positron. Het heeft dezelfde massa als het electron, maar een tegengestelde lading. Het was voor het eerst dat antimaterie werd ontdekt. Tijdens de oerknal zouden materie en antimaterie in gelijke hoeveelheden moeten zijn ontstaan. Maar als materie en antimaterie tegen elkaar botsen dan annihileren ze tot licht (fotonen) en in de extreem dichte omstandigheden van de oerknal zou dat betekenen dat er alleen een heelal vol met licht overblijft. Maar zo’n heelal hebben we gelukkig niet, het heelal bestaat voor het allergrootste gedeelte uit materie en maar een fractie uit antimaterie (los van donkere materie en donkere energie).

Credit: CERN

Natuurkundigen denken dat tijdens de oerknal er iets meer materie dan antimaterie was – pakweg in de verhouding 10.000.000.001 deeltjes materie op 10.000.000.000 deeltjes antimaterie – en na een grootschalig annihilatieproces bleef er alleen wat materie over [1]Jawel, in de verhouding 10.000.000.001 deeltjes materie op 10.000.000.000 deeltjes antimaterie. Dat betekent dat alle materie in het heelal zoals wij dat kennen, alle sterren, sterrenstelsels, gas, … Continue reading. Dat is de reden dat het tegenwoordige heelal vrijwel geheel uit materie bestaat en dat er zo veel straling in het heelal is (straling afkomstig van de annihilaties, nu uitgedund tot de kosmische microgolf-achtergrondstraling, 411 fotonen per cm³). Grote vraag is welk proces dat kleine overschot van materie boven antimaterie veroorzaakte. Daar zijn ze al jaren mee bezig om te beantwoorden.

Credit: Maximilien Brice et al./CERN

Een recent experiment bij CERN in Genève heeft recent meer inzicht gegeven in dat proces. Bij het LHCb experiment (zie foto hierboven) werken ze met neutrale Bº mesonen, die ze in de Large Hadron Collider van CERN produceren door protonen tegen elkaar te laten botsen. Dat gebeurt in de LHCb detector, naast ATLAS, CMS en Alice één van de vier grote detectoren van de LHC. Die neutrale Bº mesonen bestaan uit een quark en een antiquark en ze leven héél kort, waarna ze vervallen in stabiele deeltjes, in dit geval pionen en kaonen. Gedurende hun korte levensduur kunnen ze oscilleren in neutrale anti-Bº mesonen en weer terug in gewone neutrale Bº mesonen, wel drie biljoen keer per seconde. De LHC produceert naast Bº mesonen ook anti-Bº mesonen, die dezelfde oscillatie ondergaan. Als je de geproduceerde hoeveelheid Bº mesonen en anti-Bº mesonen exact telt en daarna kijkt hoeveel er vervallen in stabiele deeltjes zouden de aantal hetzelfde moeten zijn. Maar dat is niet zo, er is een lichte asymmetrie, het aantal vervallen Bº mesonen is iets groter dan het aantal anti-Bº mesonen. Het theoretische kader voor de asymmetrie is al langer bekend, via het zogeheten Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM) mechanisme, maar nu is ‘ie ook daadwerkelijk gemeten. Het CKM-mechanisme is niet genoeg om het volledige surplus van materie boven antimaterie tijdens de oerknal te verklaren, maar het geeft de natuurkundigen in ieder geval wel meer inzicht in de processen die hierbij spelen. Hier het vakartikel over de experimenten met de LHCb. Bron: The Conversation.

References

References
1 Jawel, in de verhouding 10.000.000.001 deeltjes materie op 10.000.000.000 deeltjes antimaterie. Dat betekent dat alle materie in het heelal zoals wij dat kennen, alle sterren, sterrenstelsels, gas, stof, planeten, wij hier op aarde, gevormd is uit de materie, die na de annihilatie overbleef.

Comments

  1. De botsende protonen creëerde de b0 mesonen en anti-B0 mesonen, maar in welke verhouding was dit? Was dit precies 50%? Deze verhouding speelt natuurlijk mee in het waargenomen resultaat van het verval.
    En als je oscillatie hebt, hoe weet je dat een gecreërde b0 meson ook vervalt als het een b0 meson is en niet tijdens zijn anti-B0 meson uitstapje? En omgekeerd hetzelfde dan.

    • Terechte vragen, waar ik het antwoord schuldig op moet blijven. Het lijkt mij dat ze uit zijn gegaan van een gelijk aantal mesonen en anti-mesonen bij de start van het experiment. Wellicht dat het vakartikel hier meer details over geeft, maar ik heb het niet gelezen.

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.